CN102092668A - 带有压力保护的流量计 - Google Patents

Abstract

用于燃料分配机的流量计(27)，包括：具有限定测量室(40、41、42)的壁的外壳(28)，用于将所述测量室连接到燃料箱的进口(57)，用于将所述测量室连接到燃料分配软管(2)和与该燃料分配软管(2)连接的喷嘴(68)的出口(59)，以及设置在所述测量室内的测量设备。该流量计的特征在于，所述壁包括可弹性移位的壁部分(30，31，32)，其设置成响应于经由所述进口(57)或出口(58)传入所述测量室(40，41，42)的压力变化(1)而弹性移位。

Description

带有压力保护的流量计

技术领域

本发明总体上涉及一种用于测量流动流体流量的流量计，更具体地，本发明涉及一种如权利要求1前叙部分限定的流量计。

背景技术

加油站中用于加满机动车油箱的燃料分配机通常包括地下油库、泵单元、流量计、软管和输出喷嘴。泵单元从地下油库泵出燃料使燃料流体流过流量计、软管以及输出喷嘴。燃料分配机用户通过按下喷枪手柄来利用输出喷嘴加满车辆油箱。

通常用在燃料分配机中的流量计样式在Ainsworth的US2756726和Spalding的US5686663以及WO98/49530中公开。在这些公开文献中使用了一种具有多活塞液压马达的流量计。流体被允许进入活塞缸并导致活塞往复运动。活塞连接到在往复运动作用下产生旋转的轴。与轴相配合的旋转阀，以适当的时序关系允许流体进入活塞缸或者允许其流到输出接口。流量计利用可能被称为“假想的”活塞缸，机械地和液压地与结构上存在的活塞缸和活塞配合。这通过布置端口和旋转阀，以便于在流体返回活塞缸的同时，顺序允许流体流到曲柄轴箱和活塞缸末端来实现。允许流到曲柄轴箱或从曲柄轴箱抽回的流量等于从活塞缸抽回或流到活塞缸的流量的代数和。通过阀门机构驱动的两个活塞，优选地采用120度相位，从而实现相当于三个活塞进行工作。这样减少了预定容量所需的实际活塞缸数量，减少了内部摩擦和震动，并实现更顺畅的运转。两个活塞通过连接杆连接到带有径向偏置曲轴销的曲轴。曲轴销在每个连接杆中与轭槽接合，从而两个活塞的往复运动根据止转轭(scotch yoke)类型原理转化为曲柄轴箱的旋转运动。

当使用燃料分配机和释放喷嘴手柄时，例如因为用户决定停止燃料分配操作，燃料流动将立即停止。现代燃料分配机通常还拥有具有能够在燃料分配模式中被锁定的手柄的喷嘴，从而使用者不需要在整个燃料分配过程中一直按下手柄。这类燃料喷嘴通常还装配有自动停止功能元件，其在喷嘴感应到油箱已经满了的时候通过简单地释放被锁住的手柄和突然停止燃料流动来停止燃料分配。

上面提及的燃料分配系统通常是具有高于大气压大约2-4巴压力的加压系统。当系统喷嘴阀开启燃料分配时，工作压力将提供合适的高压流动。但是，当喷嘴阀突然关闭时，一个压力尖峰会传遍系统。这个压力尖峰可以达到40巴之高，并且将增加部件的磨损。这种起因于压力尖峰的部件磨损通常是燃料分配机中部件破损的原因，而这将导致泄漏或燃料分配装置故障。可能被尖峰压力破坏的部件例如是流量计。泄漏或者损坏的流量计会造成燃料分配机送出所加燃料的错误读数。如果压力波传播地更远到达燃料泵，则在一个燃料分配机组里的其它燃料分配机也可能会被压力尖峰影响。

损坏的流量计将不仅导致燃料分配机故障，而且还在当损坏部件更换时造成额外的维持费用。泄漏的燃料分配机还是火灾安全的隐患和燃料分配机用户的健康隐患。因此最好全部避免泄漏。

一种解决燃料分配机尖峰压力问题的方法是使燃料软管非常柔软以便压力瞬变被软管的变形所吸收。但是这将导致软管不够强壮并且降低了使用寿命。软管还可能更加容易被燃料分配机或者脚挤压扁。很少有软管足够柔软从而充分吸收压力瞬变使残余压力变化不对燃料分配机的其它部件造成伤害的。

在一般压力流体系统中，采用扩大容量/平衡容量来吸收压力变化也是已知的。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题并且提供一种用于燃料分配机并且减少加压燃料分配系统中的流量计和其它部件受损害风险的改进流量计。为了吸收压力尖峰以及减少流量计和其他部件的受损风险，流量计内壁的一部分被制造成可弹性移位以弹性响应压力尖峰。

这些和其他目的通过用于燃料分配机的流量计来实现，其包括：外壳，该外壳包括限定测量室的壁；用于将测量室连接到储油箱的进口；用于将测量室连接到燃料分配软管以及与该燃料分配软管连接的喷嘴的出口；以及设置在测量室中的测量装置。流量计的特征在于，所述壁包括可弹性移位的壁部分，其设置成响应于通过进口或出口传进测量室的压力变化而弹性变形。

通过在流量计壁中使用一个或几个可弹性移位的壁部分可以得到许多优点。可移位的壁部分将吸收压力瞬变，从而充分地避免对流体泵的所有其他部件和燃料分配机压力系统中所有其他装置的破坏。在吸收流量计中压力瞬变的过程还利用了燃料分配机运行所必须的部件，意味着不需要为降低压力瞬变而添加另外的部件。与为了吸收压力变化而增加一个或若干个独立组件相比，后者将降低组装的费用并且制造出更加紧凑的系统。

根据本发明的一方面，所述壁部分通过弹性变形来实现可弹性移位。这是很有利的，因为它利用壁部分材料的弹性提供了一种使壁部分移位的简单解决方案。

根据本发明的另一方面，流量计壁包括多于一个所述可弹性移位的壁部分。当使用带有若干分室的流量计时，这个实施例是有利的。本发明的另一个实施例中，流量计是一个带有例如两个活塞和三个工作缸的活塞计型流量计。在带有若干个分室的流量计中，例如多缸活塞流量计，加压系统在一个时间内主要被连接到一个分室/缸。在这种情况下，在每个分室/缸中具有可弹性移位的壁部分是有利的。

根据本发明的另一个实施例，所述流量计中的测量室包括至少一个带有圆筒部分的分室。更优选地，所述壁部分限定所述圆筒部分的端面。圆筒的端面通常制成通过一些例如螺钉的连接装置连接到圆筒的盖子。因此能够在不影响流量计设计或者圆筒设计的情况下，在端面制造出可移位壁部分并将其安装到流量计。另一个优点是能够在不影响流量计的功能和对燃料分配机具有最少调整的情况下，将带有可移位壁部分的端面改装到现有的流量计。

根据本发明的另一个方面，至少一个所述分室还包括非圆筒型部分，其中所述壁部分形成限定所述非圆筒型部分的壁的一部分。根据本发明的这个方面，可移位的壁部分也和流量计的非圆筒型部分结合作为例如活塞流量计的曲轴箱壁。在通常的两活塞活塞流量计的第三“假想”缸中也具有可移位壁部分是有利的。当加压系统主要或者仅仅流体连通到曲轴测量室(即“假想”第三缸)时，压力瞬变在这个室中也能被吸收。在曲轴箱壁有盖的情况下，基于上述讨论的系统原因，可移位壁部分有利地设置在盖上。

在一个优选实施例中，所述壁部分被设置成只有当承受具有超过1巴的压力变化的压力瞬变时才会弹性移位。因此可弹性移位/可变形材料将不受小压力变化影响，并因此在通常会造成类似小压力变化的正常操作期间，流量计测量精度不会受到影响。所述材料可能仅当瞬变压力达到有害的或者会增加流量计或加压系统中其它元件的磨损的程度时才移位/变形。因为压力瞬变通常在喷嘴阀突然关闭的时候发生，所以由于在喷嘴阀关闭后流动突然为零，因此不会产生测量误差。

根据本发明的另一实施例，所述壁部分附着到所述外壳上。将壁部分附着到流量计的能力允许将壁部分改装到旧流量计上。对应于旧流量计相关部分，可以使用同样的附着装置以允许旧流量计升级为具有压力瞬变防护。壁部分还可以由圆周地围绕所述可移位壁部分设置的框架构件支撑。本实施例更加简化能够改装到旧流量计的降低压力瞬变的部件的设计。

根据本发明的壁部分可以由选自以下组中的材料制成，该组包括以下材料：橡胶、弹簧钢、塑料和金属。这些仅仅使可以使用的材料的例子。任何满足本发明的上述描述要求的材料都可以使用。

根据本发明的另一个实施例，所述壁包括通过所述壁部分互相连接的两个分离的壁部件。可变形壁部分可被例如周围地绕着活塞流量计的活塞缸放置，以便于连接构成活塞缸的壁的两个壁部件。另一个可能的实施例将使用环形的、可弹性移位的壁部分，该壁部分包围活塞缸端壁的圆形壁部件，并且将该壁部件与所述端壁的径向外壁部分连接。

根据本发明的另一个实施例，至少一个所述壁部分是刚性的。端壁部分可以例如是刚性的，但弹性地连接到流量计外壳。这种情况下，壁部分可以响应于压力变化而移动。然而在这种情况下，壁部分应该连接到流量计以便于当压力变化使壁部分移动或变形时不至于泄漏。

附图说明

通过结合附图参考本发明优选实施例的下列示意性和非限制性详细描述，本发明的上述目的，以及其他目的、特征和优点将被更完整地认识，在附图中：

图1a是经由燃料软管与喷嘴流体连通的双活塞流量计的透视图。两个可移位端壁被取出以示出下面的活塞缸和两个连接通道。

图1b是具有安装到流量计上的可移位端壁的图1a的双活塞流量计的透视图。压力波示出为通过软管传播。

图1c是示出弹性移位壁部分的图1a和图1b的双活塞流量计的透视图。

图2是在图1a和图1b中其中一个流量计沿对齐活塞缸轴线截取的剖面图。

图3是根据图2的具有刚性的可弹性移位壁部分的可替代实施例的流量计的剖面图。

图4a是流量计的旋转阀的顶视图。

图4b是根据本发明的流量计的旋转阀的剖面图。

图5是旋转阀的交叠在流量计阀座上的端口的俯视图。

具体实施方式

用于说明本发明的如附图中所示的活塞流量计的详细功能描述可以在例如颁给Spalding等人的US5686663和颁给Spalding等人的WO9849530的现有技术中找到。

图1a示出了用于燃料分配机的活塞流量计27，其包括：具有限定测量室(measurement volume)的壁的外壳，用于将所述测量室连接到燃料箱的进口，用于将所述测量室连接到燃料分配软管2和与燃料分配软管2连接的喷嘴68的出口，以及安装在所述测量室内的测量装置。所述壁包括可弹性移位的壁部分30，其设置成可以响应于通过进口或出口57、66传入所述测量室的压力变化而弹性移位。

更具体地，图1a公开了根据本发明的活塞流量计27，并且该活塞流量计27的可移位壁部分30已卸下。卸下的壁部分30构成流量计缸25的末端部分，同样也是流量计外壳28的末端部分。卸下的壁部分30使流量计活塞3在每个打开的缸25中可见。在打开的缸25上方还可以看见连接通道48，其提供与进口和出口旋转阀(未示出)的流体连通。连接通道48设置在缸25上方并基本平行于所述缸。

图1b示出了如图1a的活塞流量计，并且该流量计的壁部分30已连接上。可以看见压力尖峰1通过软管2传播向流量计的出口66。压力尖峰1在图1b中被放大以用于示例目的。燃料分配机中实际的燃料软管不可能像图中那样显出可见的凸出部。

图1c示出了图1a和图1b中的活塞流量计。压力尖峰1具有图1c的传播通过活塞流量计的出口66到达缸端壁部分30的瞬时图像，缸端壁部分30能够响应于压力尖峰，基本上沿由箭头67指示的缸的轴方向弹性移位和变形。

图2示出了沿流量计中的两个活塞3、4的纵轴线方向(即穿过流量计的中心)并从一侧看的剖面的流量计27。两个活塞3、4设置在两个缸25、26中，彼此方向相差180°，曲柄轴箱29位于它们之间。两个活塞3、4将测量室分成3个分室40、41和42。旋转阀51顺序将出口59和进口57连接到三个连接通道48、49(第三个未示出)，以提供到两个外缸室40、41和第三“假想”缸的流体连通，第三“假想”缸由两个活塞之间在曲轴箱室42中的室构成。通向曲轴箱室42的连接通道并没有在图2的截面图中示出。曲轴11设置在流量计的中心。连接到旋转阀51的曲轴11还通过至少一个曲轴销19连接到设置在轭12、13上的长方形槽。轭或者连接杆12、13沿两个缸的中心轴线延伸并连接到该活塞。曲轴11通过以下方式被连接到上述两个活塞3、4，即使得活塞在缸内以60°相位往复移动，如在现有技术中详细描述的那样。由于两个活塞彼此指向成180°，因此缸将以120°的相位差被充满或者清空。这和三个分室40、41、42的小交叠操作(填充)一起将确保流量计27无脉动运行。

在图2中，本发明的可移位壁部分30、31、32显示在两个缸的末端部和曲轴的底部，以响应进入流量计的每个分室或缸40、41、42的压力尖峰。壁部分30、31、32通过弹性变形实现可弹性移位，并且可以设置成响应于超过预定阈值的压力变化而弹性变形。

图3示出了本发明的可替代实施例。图2中的流量计被修改为具有根据本发明的降压可移位壁部分的不同实施例。这个实施例具有带有弹性部件64、65的可移位、刚性壁部分34、35，其中弹性部件64、65设置来吸收压力变化。刚性壁部分34、35因此是可弹性移位的，并且被构造为类似于带有平板的活塞，其密封流量计内部壁。活塞状构件34、35在外部具有弹性部件64、65，其适于吸收压力变化，根据本发明，该压力变化的形式为压力尖峰或者超过预定阈值的压力瞬变。

图4a和图4b分别示出旋转阀的顶视图和剖面图。旋转阀51包括弧形进口53和弧形出口54，当阀51由曲轴11转动时，该弧形进口53和弧形出口54轴向和径向地排列以与阀座43的第一弧形端口44、第二弧形端口45和第三弧形端口44、45、46对齐。端口53、54各自覆盖孔52大约100°的弧形区域，并且端口之间成相隔大约80°的角度。

图5描述了旋转阀端口53、54的一个瞬间位置(以虚线示出)，其交叠覆盖在阀座43的第一端口44、第二端口45和第三端口46上。在操作中，旋转阀51由曲轴11沿如箭头60所示的逆时针方向驱动旋转。因而，进口53和出口54顺序对齐每个端口44、45、46。如图5中所示，进口53对齐第三端口46，出口54对齐第二端口45。进口53和第一端口54的对齐如下描述。由于端口44、45、46每个覆盖大约80°的角度，而且旋转阀端口53、54每个覆盖大约100°角度，因此每个端口44、45、46在曲轴11旋转180°范围交替对齐进口53，然后在180°旋转范围对齐出口54。可以认识到，进口53或出口54可以同时对准端口44、45、46中的一个或两个，但不能同时对准全部三个端口。但是端口44、45、46在一个时间只能对准端口53、54中的一个。

参考图5、图4a、图4b、图2和图3，阀座43的第一端口44经由形成在流量计体28中的第一通道48与第一头端部室40流体连通。第二端口45经由形成在流量计体28中的第二通道49与第二头端部室41流体连通。第三端口46经由形成在流量计体28中的第三通道(未示出)与曲柄轴箱室42流体连通。

由于旋转阀51、进口和出口开口都是弧形开口，每个覆盖100°，间隔80°，并且由于阀座43的三个弧形开口44、45(第三个未示出)覆盖60°，间隔40°，因此在旋转阀51的每30％旋转周期，旋转阀51的每个进口和出口开口将与两个缸室流体连通。

参考图1b至图1c，根据本发明压力尖峰1的吸收过程如下所述。压力尖峰通常在喷嘴装置68的燃料喷嘴阀(未示出)突然关闭的时候发生。当由于用户松开了喷嘴装置68的燃料喷嘴手柄69，或者由于自动加油开关(未示出)因为车辆油箱加满了油而释放了该手柄69，而使得燃料分配操作结束时，燃料喷嘴阀被关闭。压力尖峰1是由于分配系统中的流动突然停止而产生的。压力尖峰1在加压的分配系统中从喷嘴向后传播，如图1b中箭头70所示。在图1c中压力脉冲1已经传播进入流量计27。如图1c所示，其中一个流量计缸25的可弹性移位部分(本实施例中为弹性变形壁部分30)将通过变形吸收压力尖峰1。压力尖峰1的传播通过参考图2加以描述。到达流量计的压力尖峰将进入出口端口59并进入部分圆周形的腔室58。旋转阀51布置为将输出腔室58与连接通道48连接。压力尖峰因此通过连接通道48传播进入缸室40，在这里，由于上述的以及在Ainsworth和Spalding的现有技术中所详细描述的阀座开口和旋转阀的设计，压力尖峰有70％的可能性会碰到一个死胡同(dead end)。可移位末端缸壁部分30由于压力尖峰而弹性变形。根据旋转阀的位置，压力尖峰可能到达室40、41、42中的任一个。三个室分别具有各自的可移位壁部分30、31、32以响应压力尖峰。

为了便于可弹性移位壁部分的安装以及便于将降低压力尖峰的壁部分重新适用到旧流量计，可移位壁部分30、31、32优选地安装到框架上(未示出)。所述框架可以用于适配大多数具有某种带盖开口的流量计。

图3示出了本发明的一种可替代实施例。两个可移位壁部分34、35分别由带有弹性部件64、65的刚性材料制成，以吸收突发的压力变化。如果使可移位壁部分的运动具有非常精确压力阈值是重要的话，则这种创造性的可弹性移位壁部分的实施例是有利的。图3中压力峰值在燃料分配机的压力流体系统中向后传播，进入出口开口59，传播通过输出腔室58、阀座开口44和连接通道48，最后进入缸室40，在这里压力尖峰将无处可去。这导致端壁部分34的位移，该位移通过弹性部件64的变形实现。如果这样的刚性可移位壁部分还需要用于曲柄轴箱室42，则它可以被布置到底盖32上。

应该理解，本发明可以通过未在图中实施例示出的许多其它方式实现。刚性可移位端壁部分可以例如通过使用覆盖流量计末端的具有如图3描述的相同类型弹性装置的盖来实现。可移位壁部分还可以为：缸壁的圆周部分，以使流量计的一部分可移位，该缸壁部分优选地是可以变形的；端盖的环形部分，该环形部分具有刚性内部部件；或者流量计壁的任意部分。

一种令人感兴趣的替代实施例是可弹性移位壁部分使用环形框架，框架具有外螺纹。为改装该减压部件，可以在流量计的壁上打孔并形成螺纹以接收带有可移位壁部分的带螺纹框架。

本发明不仅限于说明书中举例的活塞型流量计，根据本发明的可移位壁部分可以用于任何流量计。

应该理解，本发明的其它变形是可以想到的，以及在一些实例中，本发明的某些特征可以在不与其它特征配合的情况下使用。因此，附属权利要求以与发明的范围一致的方式被宽泛地组成是恰当的。

Claims (14)

1.一种用于燃料分配机的流量计(27)，该流量计(27)包括：

外壳(28)，该外壳(28)包括限定测量室(40，41，42)的壁；

进口(57，66)，该进口(57，66)用于将所述测量室连接到燃料箱；

出口(59)，该出口(59)用于将所述测量室连接到燃料分配软管(2)和与该燃料分配软管(2)连接的喷嘴(68)；

测量设备，该测量设备设置在所述测量室内；

其特征在于：

所述壁包括可弹性移位的壁部分(30，31，32)，该壁部分设置成响应于通过所述进口(57)或出口(58)传入所述测量室(40，41，42)的压力变化(1)而弹性移位。

2.根据权利要求1所述的流量计，其中，所述壁部分(30，31，32)通过弹性变形而实现可弹性移位。

3.根据以上权利要求中任意一项所述的流量计，其中，所述壁包括多于一个的所述壁部分(30，31，32)。

4.根据以上权利要求中任意一项所述的流量计，其中，所述测量设备是活塞型流量计。

5.根据以上权利要求中任意一项所述的流量计，其中，所述测量室包括至少一个带有圆筒形部分的分室(40，41)。

6.根据权利要求5所述的流量计，其中，所述壁部分限定所述圆筒形部分的端面。

7.根据权利要求5-6中任意一项所述的流量计，其中，所述分室还包括非圆筒形部分，其中用于所述壁的一部分的所述壁部分限定所述非圆筒型部分。

8.根据以上权利要求中任意一项所述的流量计，其中，所述压力变化是压力尖峰(1)。

9.根据以上权利要求中任意一项所述的流量计，其中，所述壁部分(30，31，32)被设置成仅当承受具有超过1巴的压力变化的压力瞬变时才弹性移位。

10.根据以上权利要求中任意一项所述的流量计，其中，所述壁部分(30，31，32)可更换地安装到所述外壳(28)上。

11.根据以上权利要求中任意一项所述的流量计，其中，所述壁部分(30，31，32)由框架构件支撑。

12.根据以上权利要求中任意一项所述的流量计，其中，所述壁部分(30，31，32)由选自以下组中的材料制成，该组包括以下材料：橡胶、弹簧钢、塑料、金属。

13.根据以上权利要求中任意一项所述的流量计，其中，所述壁包括两个间隔开的壁部件，该两个间隔开的壁部件通过所述壁部分而互相连接。

14.一种燃料分配机，该燃料分配机包括根据权利要求1-13中任意一项所述的流量计。

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